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在单光子水平上实现光子数可分辨(PNR)探测是量子光学领域的研究前沿和热点,尤其在量子态制备和量子过程(Quantum process)研究中是不可或缺的关键技术。在量子信息研究中,诸多量子中继和线性光学量子计算方案也都是以PNR探测为基础的。在近红外通信波段,门控盖革模式下的InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD)是最常用的单光子探测器件,但是由于门控脉冲产生的尖峰信号的影响,人们很难获得关于雪崩信号的原始信息,以至于无法实现PNR探测的功能。此外,对于PNR探测器的性能评测,除了传统的探测效率、暗计数和后脉冲等参数外,更重要的是完整描述PNR探测过程的量子特征,从而区别于简单的基于光强的经典光电探测过程。量子探测层析技术(QDT)由J.S.Lundeen等科学家于2009年在Nature Phys.上首次提出,通过完整描述探测器的正值算符测度(POVM)矩阵来描述探测器的量子特征。QDT的出现为PNR探测器能否可以真正应用于量子光学的实际系统中提供了可靠的评估依据。本文主要围绕基于InGaAs/InPAPD的PNR探测技术开展研究工作。利用自平衡尖峰信号抑制技术,高保真地采集雪崩信号,通过分析雪崩信号峰值幅度的分布实现了基于InGaAs/InPAPD的直接型PNR探测。在自平衡尖峰信号抑制技术的基础上,发展出了双平衡尖峰信号抑制技术的新方案,进一步压缩尖峰信号的同时提高了雪崩信号的信噪比,有效的提升了 PNR探测的核心性能指标。自主研制了 200 MHz多通道近红外单光子探测器样机,实现了基于InGaAs/InPAPD的时分复用型PNR探测,并利用量子探测层析技术在实验上重新构建了探测器的POVM矩阵。时分复用型PNR探测的实验结果、理论模型模拟结果和利用重新构建的POVM矩阵推算的结果具有很好的吻合度,充分表明QDT准确、可靠的还原了时分复用的PNR探测过程。由重新构建的POVM计算得到的Wigner函数在原点的负值表明此基于InGaAs/InPAPD多通道探测器的时分复用的PNR探测技术方案,具备光子量子态的探测能力,实现了真正的量子探测。本论文的主要创新点如下:1.利用自平衡尖峰信号抑制技术实现了基于InGaAs/InP APD的直接型PNR探测;提出双平衡尖峰信号抑制技术的新方案,雪崩信号的信噪比进一步提高至 11.2dB。2.自主研制了多通道200 MHz近红外单光子探测器样机,4个通道的最高探测效率均高于25%,在探测效率为10%时的暗计数均小于1× 10-5/脉冲。3.利用多通道单光子探测器实现时分复用型PNR探测,并在实验上使用QDT重新构建了 PNR探测器的POVM矩阵。利用重新构建的POVM矩阵推算得到的探测器输出分布的还原度高达99.99%。与重新构建的POVM矩阵对应的Wigner函数在原点的负值验证了 PNR探测器的量子特性,表明该PNR探测器具备光子量子态的探测能力。